DE3612273A1

DE3612273A1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer synchronmaschine

Info

Publication number: DE3612273A1
Application number: DE19863612273
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Hussels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1987-10-15
Also published as: DE3612273C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Sychronmaschine gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches.

Anhand der Fig. 1 sei der hier interessierende Teil der Struktur einer Einrichtung zur Führung einer Synchronmaschine mit Hilfe der indirekten Flußorientierung dargestellt, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 30 45 032.9 beschrieben wurde.

Im Strommodell 1 werden die Führungsgrößen für die Komponenten des Ständerstromes in Flußrichtung i _sm (zur Beeinflussung des cos_ψ) und senkrecht dazu i _sl (zur Verstellung des Drehmomentes) aus den Führungsgrößen für Drehmoment M, Fluß _ψ und für den Phasenwinkel _ψ zwischen Maschinenspannung und Strom gebildet. Im Läufermodell 2 werden aus den Führungsgrößen _ψ, i _sm i _sl für den Winkel δ (den voraussichtlichen Winkel zwischen Fluß- und Läufer-Achse) seine Winkelfunktionen sin δ, cos δ berechnet; sowie der Führungswert für den Erregerstrom i _E. Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3 (vgl. dazu die Disseration von Dipl.-Ing. Felix Blaschke "Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung der Drehfeldmaschine", Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, und den Aufsatz aus "Control in Power Electronics and Electrical Drives", herausgegeben von W. Leonhard, Braunschweig/FRG, Volume 1, 1974 VDI/VDE-Gesellschaft Meß- und Regelungstechnik, Seiten 681 bis 695) kann aus der vom Läuferlagegeber 4 gelieferten Information cos λ, sin λ und derjenigen vom Läufermodell cos δ, sin δ die voraussichtliche Flußlage in Form der Winkelinformation cos ϑ, sin ϑ ermittelt werden. Mit Hilfe der nun zur Verfügung stehenden Führungsgrößen Flußlage, Stromkomponenten i _sm, i _sl und Erregerstrom i _E sowie der der Maschinenführung 5, 6 und der Stromrichter 7, 8 kann eine Einprägung der Strangströme i _R, i _S, i _T sowie i _E in die Maschine 9 nach dem flußorientierten Prinzip erfolgen.

Diese Einrichtung hat den Vorteil, auch bei Drehzahl Null gute Funktion zu zeigen. Allerdings bedingen die zugrundegelegten Maschinenparameter für Hauptinduktivität L _h Übersetzungsverhältnis und das Verhältnis zwischen Quer- und Längsinduktivität L _q/L _d Rechenfehler.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fehler des Läufermodells bei der Berechnung der Führungsgrößen für den Winkel δ sowie der Führungsgröße für den Erregerstrom i _E durch eine Rückführung zu kompensieren.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorliegenden Patentanspruchs aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Fig. 2 sind mit 1 bis 9 gleiche Einrichtungen wie in der Fig. 1 bezeichnet.

Mit Hilfe eines Ständermodells 10 wird die Klemmenspannung aus den Strangströmen und dem Flußsollwert mit den Komponenten der Führungsgröße U _L, U _m bestimmt. Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3′ werden aus den ständerbezogenen Koordinaten des Istwertes des Spannungszeigers U _α, U _β und den als Führungsgröße vorausberechneten Flußlagen cos ϑ, sin ϑ die Komponenten U _m, U _L des Ist-Spannungszeigers bezüglich der Sollwertkoordinaten bestimmt. Die Differenz zur Spannungsführungsgröße wird ermittelt und komponentenweise zwei Bewertungsgliedern 11 a, 11 b zugeführt (erster und zweiter Flußregler).

Der Reglerausgang könnte nun, um den Fluß zu beeinflussen, und damit die Spannung zu beeinflussen, zu den Führungsgrößen für die Stromkomponenten i _sm und i _sl addiert werden, denn der Fluß ist, nur durch die Wirkung des Dämpfers verzögert, der Summe der eingespeisten Ströme proportional. Eine Beeinflussung der Ständerkomponenten i _sm, i _sl hätte aber einen geänderten Phasenwinkel ψ (cos ψ) bzw. ein geändertes Drehmoment zur Folge.

Erfindungsgemäß werden deshalb die Reglerausgänge nicht zu den Führungsgrößen für die in der Maschine fließenden Ständerströme addiert, sondern zur Korrektur der Modellparameter benutzt. Es wird also das Ausgangssignal des Reglers 11 a zur Korrektur der Hauptinduktivität im Läufermodell verwendet. Ferner wird das Ausgangssignal des Reglers 11 b zur Korrektur des Verhältnisses L _hq/L _hd verwendet (L _hq/L _hd ≈ L _q/L _d).

Wenn die Spannung 10 bei kleinen Drehzahlen zu gering ist, werden die Flußregler automatisch gesperrt.

Eine weitere Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Fig. 2 zeigt die Fig. 3:

Zu den voreingestellten Werten für die Modellparameter wird der Wert jeweils eines Integrators addiert. Den Integratoren wird als Eingangswert die entsprechende Spannungsdifferenz zugeführt.

L _h und L _q/L _d können auch als Kurven i _µ (ψ) und ψ _q/L _h(i _q) ausgeführt werden. Für jeden Stützpunkt der Kennlinie muß dann ein Integrator vorhanden sein, der beim Erreichen des entsprechenden Betriebsbereiches die Differenz Δ u _L bzw. Δ u _m zugeführt bekommt. Dies ist insbesondere bei einer Lösung mit dem Mikroprozessor leicht möglich.

Claims

1. Verfahren zur Adaption der Modellparameter-Hauptinduktivität in d-Richtung und des Verhältnisses der Hauptinduktivitäten in d- und q-Richtung einer an einem Umrichter betriebenen Synchronmaschine, wobei

a) der Läuferlagewinkel der Synchronmaschine bestimmt wird,
b) wobei aus den vorgegebenen Werten für drehmomentbildenden und magnetisierenden Ständerstromanteil mit Hilfe einer Koordinatentransformation und der Information über den Winkel zwischen Fluß und Längsachse des Polrades die polradbezogenen Komponenten des Ständerstromes (Längs- und Querstrom) gebildet werden, wobei der Gesamtfluß auf die Hauptinduktivität in d-Richtung bezogen wird, die Querkomponente des Ständerstromes mit dem Verhältnis der Hauptinduktivität der Quer- zu der Längsrichtung multipliziert wird, wobei aus dem bezogenen Gesamtfluß als Hypotenuse und dem bezogenen Querstrom als Kathete der eingeschlossene Winkel d. h. der zwischen Fluß und Polrad sowie die übrige Kathete (des rechtwinkligen Dreiecks) bestimmt werden, wobei von der berechneten Kathete der Längsstrom abgezogen wird und so der Erregerstrom erhalten wird,
c) wobei aus den vorgegebenen Werten für drehmomentbildenden und magnetisierenden Ständerstromanteil durch Multiplikation mit den Modellparametern die Spannungsabfälle am Ständer-Widerstand und an den Streuinduktivitäten bestimmt, durch Multiplikation des Flußsollwertes mit der Drehzahl die Hauptspannung und durch komponentenweise Summenbildung die voraussichtliche Ständerspannung gebildet wird,
d) wobei durch Addition des gemessenen Läuferwinkels zum Winkel zwischen Läufer und Fluß der voraussichtliche Winkel des Flusses berechnet wird und
e) wobei dieser Winkel zur Transformation der vorausberechneten Spannungen und Ströme aus dem flußbezogenen in das ständerbezogene Koordinatensystem sowie zur Rücktransformation der Spannungsmeßwerte ins flußbezogene Koordinatensystem mit Hilfe weiterer Koordinatentransformation verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die flußbezogenen Komponenten der vorausberechneten und die der gemessenen Spannung miteinander verglichen werden,
daß die Abweichung der Komponente in Richtung des drehmomentbildenden Last-Stromes (L-Komponente Δ u _L) zur Korrektur des Parameters Hauptinduktivität (L _hd) und
(m-Komponente) zur Korrektur des Parameters Verhältnis zwischen Quer- und Längsinduktivität (L _hq/L _hd) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter Hauptinduktivität (L _hd) durch eine Kennlinie i _µ (ψ) mit einem oder mehreren Fluß-Stützpunkten realisiert wird, und
daß für jeden Stützpunkt ein Speicher (Integrator) existiert, dessen Wert abhängig von der Spannungsdifferenz in Lastrichtung (Δ u _L) herauf- oder heruntergesetzt wird, wenn der Wert des Flusses in der Nähe des Wertes des jeweiligen Stützpunktes liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter Verhältnis zwischen Quer- und Längsinduktivität durch eine Kennlinie c _hq/L _hq (i _q) mit einem oder mehreren Querstrom-Stützpunkten realisiert wird, und
daß für jeden Stützpunkt ein Speicher (Integrator) existiert, dessen Wert abhängig von der Spannungsdifferenz in Magnetisierungsrichtung (Δ u _m) herauf- oder heruntergesetzt wird, wenn der Wert des Querstromes i _q in der Nähe des jeweiligen Stützpunktes liegt.